Kleines Bastelprojekt: Batterieschacht-Lampe

[Ando]

Hallo Andreas,

eine Glühbirne mit 0,36 W Leistung verbrät mindestens 90% davon als Wärme, nur maximal 10 % werden als Licht abgestrahlt, das noch dazu nur höchstens 3000 Kelvin Farbtemperatur hat.
Eine LED mit ähnlicher Leistungsaufnahme hat etwa die zehnfache Lichtausbeute!

Bleibt mir nur noch ein Streichholz - das hat wohl den schlechtesten Wirkungsgrad

[waldbeutler]

Allerdings hat meine Schaltung einen Gesamtstrom von rund 73 mA, der Spannungsteiler mit der Zenerdiode fordert auch seinen Anteil.

Dann lass' doch die Z-Diode einfach weg - du regulierst ja den Strom durch deine LEDs sowieso "händisch".

[Ando]

Dann lass' doch die Z-Diode einfach weg - du regulierst ja den Strom durch deine LEDs sowieso "händisch".

Es ging ja nur sekundär um die - durchaus nützliche - Anwendung.

Primär ging es mir um die Beschäftigung mit der Sache.

Den Elektronen versuchen auf der Spur zu bleiben, ist interessant und anregend

Aber das muss der Professionist als Provokation verstehen

Früher gabs zu Weihnachten einen Kosmos-Baukasten.

Das ist lange her.

Heute ist es ein Arduino.

Lämpchen mit Batterien leuchten zu lassen, ist etwas für 50+

[Ando]

Ich habe heute an der Schaltung weitergearbeitet.

Die Idee, mit dem Poti als variablen Widerstand den Basisstrom zu regeln, habe ich jetzt aufgegeben. Damit kann ich die LEDs nur dimmen aber nicht abschalten bzw. auf minimale Helligkeit bringen.

Hier eine Variante, die am Steckbrett funktioniert (obwohl ich das Poti falsch angeschlossen habe):

• Der Spannungsteiler mit der 5,6-V-Zenerdiode stabilisiert die LEDs. Bis ca. 6 Volt Eingangsspannung bleibt die LED-Helligkeit (max. Helligkeit) konstant.
• Die Eingangsspannung am Basisspannungsteiler entspricht der Batteriespannung (9 Volt). Ein Absinken der Batteriespannung erscheint mir hier weniger kritisch als an den LEDs. Die Basis-Emitterspannung ist in der Simulation noch ausreichend, um den Transistor auch bei einer Batteriespannung von 6 Volt noch durchzuschalten.
• Die Verlustleistungswerte sollten nach meinen Berechnungen ok gehen.
• Bild 1: mit 1-K-Poti (Anschlagwiderstand in der Simulation 10 Ohm)
• Bild 2: mit Ersatzwiderstand für die 200 mOhm Anschlagwiderstand, die ich am Poti real gemessen habe

[Ando]

Und ich wurde rechtzeitig fertig, sodass der Küchentisch für das Abendessen bereitsteht

[Ando]

Heute habe ich die Schaltung fertiggestellt.

Das Poti ist nun richtig als Basisspannungsteiler angeschlossen.

Um ein bisschen Komfort reinzubringen, habe ich eine manuelle und eine automatische Helligkeitssteuerung gebaut:

1. Manueller Betrieb: Über Schalter S2 wird der 5.6-Kiloohm-Widerstand (R1) auf den Basispannungsteiler geschaltet. Der Helligkeitsabgleich der beiden LEDs erfolgt über das Poti per Drehung des Schleifers (Rändelrad, s. Foto unten)
2. Automatischer Betrieb: Über Schalter S2 wird der LDR auf den Basisspannungsteiler geschaltet. Abhängig von der Umgebungshelligkeit und der Einstellung des Poti nimmt die LED-Helligkeit bei mehr Licht zu und bei weniger Licht ab. Die maximale Helligkeit kompensiert in der Anwendung das grelle Licht meiner Arbeitsplatzlampe, die ich dimmen kann. Über den LDR passt sich die Leuchte dann von selbst an.

Alle Messungen passen, ich konnte keine Überlastungen feststellen, es stiegen auch keine Rauchwolken auf

Bei Stellung des 1-Kiloohm-Potis auf max. Widerstand und direktem LED-Licht auf den LDR habe ich eine Basis-Emitterspannung von 0,911 V gemessen. Das schafft der Transistor (BC107B).

Diese Version werde ich morgen auf eine Platine löten.

Die beiden LED kommen an ca. 10 cm Schaltdraht zum Einhängen in den Batterieschacht.

Kandidaten dafür sind meine T90 und MD-4. Mit der Batterieschacht-Leuchte und einem Zahnarztspiegel sollte ich nun den Zustand der Batteriekontakte im Schacht gut betrachten können

Vielen Dank für das erhaltene Feedback




Finale Schaltungsversion




Ruhezustand




Manueller Betrieb, Helligkeitsregelung der beiden LED über das Poti, Einstellung auf geringe Helligkeit …




… und maximale Helligkeit




Automatischer Betrieb, LED-Helligkeit bei schwachem Umgebungslicht …




… und starkem Umgebungslicht




Schalter S2 zum Wechsel manueller Betrieb über den 5.6-Kiloohm-Widerstand (links vor dem Schalter) und automatischer Betrieb über den LDR rechts.




Poti mit Rändelrad zum Einstellen des Widerstandswertes




Transistor BC107B zum Schalten der beiden LED im Hintergrund




Spannungsteiler aus 100-Ohm-Widerstand und 5,6-Volt-Zenerdiode (links im Bild) zum Stabilisieren der LED-Spannung



Alle Hinweise selbstverständlich ohne Gewähr. Was in meinem Fall klappte, muss bei anderen nicht funktionieren. Bzw. gibt es sicher auch geeignetere Vorgangsweisen.

[Ando]

Auch heute wieder reger Betrieb am Küchentisch




Messung Basis-Emitterspannung




Schaltdraht für Anschluss von Schalter S2 auf dem Steckbrett




Mein neuer Akkulötkolben hat heute Premiere

[Ando]

Wenn der LDR durch starken Lichteinfall nur wenig Widerstand hat und das Poti auf minimalen Anschlagwiderstand gestellt ist, fließt ein hoher Strom durch die Strecke LDR - Emitter, der die Bauteile überlastet.

Ich werde daher zwischen LDR und Schalter S2 noch eine Schmelzsicherung einbauen.

Allerdings glaube ich nicht, dass ich in der Anwendung den LDR in den niederohmigen Bereich bringe. Da müsste über meinem Arbeitstisch schon die Sonne aufgehen

Ich werde den LDR morgen ausmessen und den Wert für die Sicherung ermitteln. In meiner Teilebox habe ich ein Konvolut Printsicherungen, da sollte etwas Passendes dabei sein

[Ando]

Widerstandswerte LDR gemessen:

1. direkt an der Arbeitstisch-LED-Lampe, die auf maximale Helligkeit gestellt ist: 0,22k
2. am Arbeitstisch, Lampe 28 cm darüber: 0,89k

Das ergibt in der Simulation, unter der Annahme, dass das Poti auf den minimalen Anschlagwiderstand von 2 mOhm gestellt ist für

1. eine Basis-Emitterspannung von 924 mV und einen Basisstrom von 36,7 mA
2. eine Basis-Emitterspannung von 845 mV und einen Basisstrom von 9,16 mA

ad 1):




ad 2):




Der LDR verträgt laut Datenblatt eine max. Verlustleistung von 50 mW.

Bei einem Widerstand von 0,22k ergibt das gerechnet einen Strom von 15,07 mA.

Und bei 0,89k sind es 7,5 mA.


Das 1k-Poti kann mit 0,25 W bei Stellung auf 1k belastet werden. Das ergibt nach meiner Berechnung einen Maximalstrom von 15,81 mA.

Bei Stellung auf 200 mOhm komme ich interessanter Weise ebenfalls auf 15,81 mA. Fehler?


Aus allem zusammen schließe ich,

• dass das Poti nicht auf seinen minimalen Anschlagwiderstand gedreht werden soll und
• eine Sicherung für die Strecke LDR - Basis Transistor mit einem Maximalstrom von 5 mA benötigt wird.

Liege ich da richtig?

Natürlich könnte ich es darauf ankommen lassen und einfach ausprobieren, aber es soll ordentlich aufgesetzt werden.

[Ando]

Und hier der Letztstand mit ebenfalls den letzten Erkenntnissen:

Automatischer Betrieb mit LDR, 0,89k und Poti auf 300 Ohm:




Manueller Betrieb mit 5,6k-Widerstand und Poti auf 300 Ohm:




Statt der Sicherung könnte ich also auch eine Markierung auf dem Poti anbringen für Maximalstellung auf 300 Ohm.